Mechanizm ewolucji

Geny, DNA i informacja genetyczna

Mendel na podstawie swych doświadczeń nad roślinami przewidział istnienie „elementów kształtujących”, „czynników dziedziczności”, które przy tworzeniu się gamet są przekazywane do powstającej komórki i później warunkują u osobników potomnych jego cechy.

W 1903 r. W.L. Johannsen określa owe czynniki mianem „genów” – stąd termin „genetyka”. Pomiędzy latami 1902-04 W.S. Sutton i Th. Boveri, pracując niezależnie, dowodzą, że chromosomy komórek rozrodczych są nośnikami cech dziedzicznych. W 1910 r. Th.H. Morgan i jego współpracownicy wykazują, że geny są ułożone w chromosomach w porządku liniowym.

Dziś wiadomo już, że nosicielami informacji genetycznej są chromosomy, wydłużone ciałka widoczne w jądrze komórki tylko podczas jej podziału. Wszystkie komórki danego gatunku posiadają określoną liczbę chromosomów: muszka owocowa ma ich 8, groch – 14, kukurydza i mrówka – 20, pomidor i żaba – 24, rozgwiazda 36, ziemniak i tytoń 48, orangutan, goryl i szympans 48, pies – 78.... Komórki naszego gatunku zawierają 46 chromosomów występujących w 23 parach.

Komórka powstała w wyniku połączenia się gamet męskiej i żeńskiej, dająca początek nowej istocie żywej, będzie wyposażona w liczbę chromosomów charakterystyczną dla swojego gatunku; w przypadku człowieka liczba ta wynosi 46. Każda gameta dostarcza 23 chromosomy – tak by mogły powstać 23 pary, w których jeden chromosom pochodzi od ojca, a drugi od matki.

W 1944 r. Avery, Mac Leod i McCarty wyodrębniają w chromosomach związek odpowiedzialny za magazynowanie informacji biologicznej – kwas dezoksyrybonukleinowy (w skrócie DNA lub ADN). Każdy chromosom składa się z długiego łańcucha DNA, który skupia tysiące genów. Kwas dezoksyrybonukleinowy jest związkiem o olbrzymich cząsteczkach, zbudowanych z dwóch długich łańcuchów, ułożonych antyrównolegle, składających się z identycznej liczby nukleotydów.

Nukleotydy składają się z kwasu fosforowego, cukru należącego do pentoz (deoksyryboza) oraz zasad purynowych (A-adenina i G-guanina) lub pirymidynowych (T-tymina i C-cytozyna). Mamy zatem cztery nukleotydy o różnym składniku zasadowym.

Pojedyncze nukleotydy połączone wiązaniami diestrowymi tworzą długi łańcuch o różnych rozmiarach. Może on liczyć tysiące, a nawet setki tysięcy nukleotydów. Każda cząsteczka DNA składa się z dwóch takich łańcuchów tworzących podwójną spiralę, połączonych wiązaniami wodorowymi.

DNA posiada zdolność do podwajania się, czyli tzw. replikacji. Wiązania wodorowe rozpadają się i następuje rozdzielenie komplementarnych łańcuchów polinukleotydowych. Pojedynczy łańcuch pełni następnie rolę matrycy do budowy nowego łańcucha. Proces ten poprzedza fazę podziału jądra komórkowego; powstałe w jego wyniku dwa jądra potomne otrzymują dokładne kopie podwójnej spirali łańcuchów DNA jądra wyjściowego.

U wszystkich organizmów żywych za przekazywanie informacji genetycznej odpowiedzialna jest ta sama cząsteczka chemiczna – DNA. Geny są tylko odcinkami tych długich łańcuchów polinukleotydowych. Wraz z nimi geny stają się częścią wszystkich komórek danego organizmu. Program albo kompletny plan stworzenia – w wyniku podziałów komórkowych – w pełni rozwiniętego organizmu zawarty jest w genach komórki wyjściowej.

„Gen strukturalny” zawiera informację potrzebną do stworzenia określonej proteiny. Proteiny należą do najważniejszych składników żywych organizmów, stanowią niezbędny budulec struktur tkankowych i komórkowych i pełnią w organizmie wielorakie funkcje. Liczba protein u ssaka waha się pomiędzy 30 000 a 150 000. Białka to biopolimery zbudowane z długich łańcuchów połączonych ze sobą aminokwasów. W skład wszystkich organizmów żywych wchodzi 25 różnych aminokwasów. Właściwości każdego białka zależą właśnie od aminokwasów i porządku, w jakim są ułożone.